【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及空间站相关，具体涉及一种基于厚板折纸的单自由度样品盘组网裁剪模型及实验平台。
技术介绍
1、空间暴露实验一般将试样直接放置在空间暴露平台上进行测试，传统的空间暴露平台通常是桁架、航天器外表面或裸露舱段等结构。但以上结构表面积小，实验装置挂点位置少，导致可开展实验数量少，利用率不高，而且需要根据舱体表面构型设计平台和载荷。大型暴露实验平台需要专门建造，但这对火箭的运载能力和发射成本提出了更高的要求，无法大规模开展空间暴露实验成为了一个需要研究的问题，利用可展开机构有望解决这一问题。
2、1984年4月7日，nasa用挑战者号航天飞机sts-41-c发射了迄今为止实验时间最长的长期暴露实验装置(long duration exposure facility,ldef)，ldef是专门用来进行暴露实验的自由飞行结构，主要任务是观测空间环境和进行材料暴露实验。其构型为正十二棱柱，直径4.3米，长9.1米，暴露表面积130平方米，重量为9710kg。周向和侧向共有14个载荷搭载区域，分布着86个实验载荷，共可开展57项实验。实验内容包含各种航天材料测试、电源器件性能测试、系统测试、辐射实验、生物学和空间物理学实验。从ldef上获得的实验数据至今仍对航天器的设计有着重要的参考价值。ldef存在如下缺陷：(1)固定结构：ldef是一个固定的、不可折叠的结构，一旦发射到太空中，它的形状和配置就无法改变。这意味着它的实验载荷和材料暴露位置在任务开始时就被固定下来，无法在太空中进行调整或重新配置。可折叠机构则可以在太空中进
3、美国国际空间站材料试验misse是一系列空间实验，在misse 1-8实验中试样被放置在被动暴露实验箱pecs中，需要航天员手动打开箱体进行实验，实验内容涉及辐射、太阳能电池、通信、材料等各个领域。pecs由支架和铰链与气闸舱、桁架段、哥伦布实验舱直接连接，平台相对简易，同期只可进行一类实验。2018年4月nasa成功发射了misse-ff永久性平台，misse-ff平台提供四面曝光，具有大容量的暴露实验面积，共可进行138项实验，该平台还可在jem气闸室机器人的辅助下实现拆换载荷，各面朝向不同分别用于开展不同类型的实验。同时该平台与舱体间有数据和电力接口，获得的实验数据可以直接传输回舱内，不再需要航天员的出舱作业。misse-ff平台存在如下缺陷：(1)有限的暴露区域：挂在空间站外部的暴露平台的暴露区域通常有限，受到太空站结构和配置的限制。这可能会影响科学家能够进行的实验的数量和种类。(2)太空站活动影响：空间站外部悬挂的实验平台会对空间站上的航天员活动、航天器对接和其他操作产生干扰或影响。需要在实验设计和执行中考虑额外的复杂性。(3)受限的发射载荷容量：太空站任务的发射载荷容量有限，因此挂在空间站外部的实验平台可能会受到质量和尺寸方面的限制，无法携带过大或过重的实验设备。
4、我国空间站的梦天实验舱舱外设有固定式和展开式暴露实验平台，共计有67个载荷挂点位置。其中可展开暴露实验平台共有两个，分布在圆柱舱段的两侧，分别向天和向地。在到达预计轨道位置后，可动盖板绕轴转动展开进行实验，单块平台暴露面积为5m2。该平台存在如下缺陷：(1)受限的配置：固定式暴露实验平台通常在太空中的整个任务期间保持不变，因此它们的配置和布局在任务开始时就被固定下来。这可能限制了实验的多样性和灵活性，因为无法在太空中重新配置实验设备。(2)受限的容量：固定式暴露实验平台的容量有限，只能容纳有限数量和大小的实验载荷。展开式暴露实验面积较小，展开设计空间利用率不高有待进一步改进。
5、暴露实验平台是开展空间暴露实验的载体，随着暴露实验种类变多，规模逐渐向着大型化发展，采用传统的方法利用桁架结构侧面或是搭建简易平台难以满足这一需求。而现有的大型暴露实验平台多是刚性的盒型结构，需要多次发射进行在轨模块化组装方可使用，且空间利用率不高。将暴露实验平台进行可展开化设计能够减少占用的发射空间、降低发射成本。因此，研究可展开式暴露实验平台是未来必然的发展趋势。
技术实现思路
1、本专利技术为了解决现有技术存在技术问题的一种或几种，提供了一种基于厚板折纸的单自由度样品盘组网裁剪模型及实验平台。
2、本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于厚板折纸的单自由度样品盘组网裁剪模型，包括多个模型单体，所述模型单体包括两个结构相同的等腰梯形板以及两个结构相同的菱形板组，所述菱形板组由两个等边三角形板铰接而成，所述等腰梯形板的底角均为60°，所述等腰梯形板的底边为等边三角形板边长的两倍；两个等腰梯形板的顶边邻近间隔布置，两个等腰梯形板同一侧的两个腰边分别与一个菱形板组的相邻两边铰接；其中，两个等腰梯形板能够对折，且两个菱形板组被折叠在两个等腰梯形板之间；
3、多个模型单体中，一个模型单体的菱形板组的一边与两侧相邻模型单体的菱形板组的一边铰接或固定连接；一个模型单体的折叠运行方向与同一侧所连接的两个模型单体的折叠运动方向相反。
4、本专利技术的有益效果是：本专利技术基于厚板折纸的单自由度样品盘组网裁剪模型，具有收拢能力，且在折叠状态下的结构集成度高。采用本专利技术的样品盘组网模型进行样品盘裁剪，不仅能够降低运输难度和成本，收获良好的效费比，还能够在到达预定位置后展开完成不住，降低工程实施的难度。
5、在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
6、进一步，所述等边三角形板的厚度为等腰梯形板厚度的两倍；所述模型单体的两个等腰梯形板的顶边之间间距为等边三角形板厚度的两倍。
7、进一步，一个模型单体的菱形板组的一边与相邻模型单体的菱形板组的一边在厚度方向上错位布置。
8、进一步，一个模型单体的菱形板组的一边与相邻模型单体的菱形板组的一边在厚度方向上重叠部分的厚度为等边三角形板厚度的一半。
9、进一步，一个模型单体的等腰梯形板的底边与上下相邻模型单体的等腰梯形板的底边间隔布置或铰接。
10、一种样品盘，所述样品盘采用上述基于厚板折纸的单自由度样品盘组网裁剪模型裁剪而成。
11、本专利技术的有益效果是：本专利技术的样品盘，采用上述样品盘组网模型裁剪而成，可根据需要设计不同形状的样品盘，折展平面具有可平折、无间隙、单自由度运动、模块化设计特点，在降低发射成本、空间部署、可重构性等方面具有一定优势，为空间站大型暴露实验平台、刚性太阳翼的建设提供了一种参考方案。
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【技术保护点】
1.基于厚板折纸的单自由度样品盘组网裁剪模型，其特征在于，包括多个模型单体，所述模型单体包括两个结构相同的等腰梯形板以及两个结构相同的菱形板组，所述菱形板组由两个等边三角形板铰接而成，所述等腰梯形板的底角均为60°，所述等腰梯形板的底边为等边三角形板边长的两倍；两个等腰梯形板的顶边邻近间隔布置，两个等腰梯形板同一侧的两个腰边分别与一个菱形板组的相邻两边铰接；其中，两个等腰梯形板能够对折，且两个菱形板组被折叠在两个等腰梯形板之间；
2.根据权利要求1所述基于厚板折纸的单自由度样品盘组网裁剪模型，其特征在于，所述等边三角形板的厚度为等腰梯形板厚度的两倍；所述模型单体的两个等腰梯形板的顶边之间间距为等边三角形板厚度的两倍。
3.根据权利要求1所述基于厚板折纸的单自由度样品盘组网裁剪模型，其特征在于，一个模型单体的菱形板组的一边与相邻模型单体的菱形板组的一边在厚度方向上错位布置。
4.根据权利要求3所述基于厚板折纸的单自由度样品盘组网裁剪模型，其特征在于，一个模型单体的菱形板组的一边与相邻模型单体的菱形板组的一边在厚度方向上重叠部分的厚度为等边三角形板
5.根据权利要求1所述基于厚板折纸的单自由度样品盘组网裁剪模型，其特征在于，一个模型单体的等腰梯形板的底边与上下相邻模型单体的等腰梯形板的底边间隔布置或铰接。
6.一种样品盘，其特征在于，所述样品盘采用权利要求1至5任一项所述基于厚板折纸的单自由度样品盘组网裁剪模型裁剪而成。
7.根据权利要求6所述样品盘，其特征在于，在对基于厚板折纸的单自由度样品盘组网裁剪模型进行裁剪的过程中，取其中一个模型单体，将该模型单体中位于上方的一个等腰梯形板的底边作为连接边，以该模型单体两侧菱形板组外扩的两个边向下延长线作为两个相邻边，两个相邻边分别与连接边的两端连接，以连接边和两个相邻边围成区域进行裁剪，获得所述样品盘。
8.根据权利要求7所述样品盘，其特征在于，在对基于厚板折纸的单自由度样品盘组网裁剪模型进行裁剪的过程中，两个相邻边的长度相同，以两个相邻边远离连接边的一端为起点设置两条边缘裁剪边，并设置与连接边平行的底部裁剪边，所述底部裁剪边的两端分别与两条边缘裁剪边的终点相连；所述边缘裁剪边与所述相邻边之间的夹角为120°，所述底部裁剪边与边缘裁剪边之间的夹角为120°。
9.根据权利要求8所述样品盘，其特征在于，所述相邻边的长度为等边三角形边长的n倍，n为正整数；所述边缘裁剪边的长度为等边三角形边长的m倍，m为正整数；所述底部裁剪边的长度为等边三角形边长的p倍，p为正整数。
10.一种实验平台，其特征在于，包括权利要求6至9任一项所述样品盘，还包括安装模块，所述安装模块为多边形柱状结构，所述样品盘的其中一个周侧边作为连接边与所述多边形柱状结构的侧面连接。
...【技术特征摘要】
1.基于厚板折纸的单自由度样品盘组网裁剪模型，其特征在于，包括多个模型单体，所述模型单体包括两个结构相同的等腰梯形板以及两个结构相同的菱形板组，所述菱形板组由两个等边三角形板铰接而成，所述等腰梯形板的底角均为60°，所述等腰梯形板的底边为等边三角形板边长的两倍；两个等腰梯形板的顶边邻近间隔布置，两个等腰梯形板同一侧的两个腰边分别与一个菱形板组的相邻两边铰接；其中，两个等腰梯形板能够对折，且两个菱形板组被折叠在两个等腰梯形板之间；
2.根据权利要求1所述基于厚板折纸的单自由度样品盘组网裁剪模型，其特征在于，所述等边三角形板的厚度为等腰梯形板厚度的两倍；所述模型单体的两个等腰梯形板的顶边之间间距为等边三角形板厚度的两倍。
3.根据权利要求1所述基于厚板折纸的单自由度样品盘组网裁剪模型，其特征在于，一个模型单体的菱形板组的一边与相邻模型单体的菱形板组的一边在厚度方向上错位布置。
4.根据权利要求3所述基于厚板折纸的单自由度样品盘组网裁剪模型，其特征在于，一个模型单体的菱形板组的一边与相邻模型单体的菱形板组的一边在厚度方向上重叠部分的厚度为等边三角形板厚度的一半。
5.根据权利要求1所述基于厚板折纸的单自由度样品盘组网裁剪模型，其特征在于，一个模型单体的等腰梯形板的底边与上下相邻模型单体的等腰梯形板的底边间隔布置或铰接。
6.一种样品盘，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵冲，王语童，王珂，赵海峰，孙惠泽，张飞，
申请(专利权)人：中国科学院空间应用工程与技术中心，
类型：发明
国别省市：
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